专利名称：用五根光纤超长距离延长hdmi或dvi接口连接的方法
技术领域：
本发明涉及一种大幅度提高HDMI或DVI接口连接距离的方法，尤其是涉及一种用 五根光纤延长HDMI或DVI接口连接距离的方法。
背景技术：
随着数字高清技术的快速发展和进步，各种高清音频/视频源设备，例如，蓝光 DVD播放机、HD DVD播放机、个人电脑、视频游戏机、数字机顶盒，以及高清显示设备如高清 平板液晶、高清电脑显示器等日益走进人们的家庭生活，一个全新的数字高清时代正在全 面到来。HDMI，英文全称是 High Definition Multimedia Interface，中文名称是高清晰 多媒体接口的缩写。2002年4月，日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝和Silicon Image 七家公司联合组成HDMI组织。HDMI能高品质地传输未经压缩的高清视频和多声道音频数 据，最高数据传输速度为5Gbps。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以 保证最高质量的影音信号传送。HDMI不仅可以满足目前最高画质1080P的分辨率，还能支持DVD Audio等最先进 的数字音频格式，支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送，而且只用一条HDMI线 连接，免除数字音频接线。同时HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音视频 格式中。足以应付一个IOSOp的视频和一个8声道的音频信号。而因为一个IOSOp的视频 和一个8声道的音频信号需求少于4GB/s，因此HDMI还有很大余量。这允许它可以用一个 电缆分别连接DVD播放器，接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的设 备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的 视频/音频格式。HDMI规格同时可搭配宽带数字内容保护(HDCP)，以防止具有著作权的影 音内容遭到未经授权的复制。DVI (Digital Visual Interface)是由 1998 年 9 月，在 Intel 开发者论坛上成 立的数字显示工作小组(Digital Display Working Group简称DDWG)发明的一种高速传 输数字信号的技术。DVI 是基于 TMDS(Transition Minimized Differential Signaling, 转换最小差分信号)技术来传输数字信号，TMDS运用先进的编码算法把8bit数据(R、G、B 中的每路基色信号)通过最小转换编码为IObit数据(包含行场同步信息、时钟信息、数据 DE、纠错等)，经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，它和LVDS、TTL相比有较好的电磁兼 容性能。对于HDMI或DVI接口在数字电视、平板电视上的应用研究，更为关键的 是 EDID(Extended Display Identification DATA,即扩展显示识别数据)编程， HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)功能的实现。这些对于数字电视来 说都是全新应用，只有EDID和HDCP在数字电视上实现后，HDMI或DVI接口才是真正的数 字电视接口。HDMI或DVI接口目前使用较高工艺的HDMI或DVI电缆，在较短距离内传输高速的
4视频/音频信号和显示器EDID、DDC2B信息。随着HDMI或DVI电缆传输距离的增加，高速 电信号的衰减和信号质量，都会急剧下降，而电缆的制造成本急剧升高。介于HDMI或DVI电 缆传输距离短，造价高和受环境干扰大的特性，本发明既一种利用激光传输HDMI或DVI信 号的方法，通过信号转换，把HDMI或DVI接口中的电信号转换成光信号，利用光纤传输，从 而解决视频源和显示器之间音频/视频信号、EDID信息和CEC信号的长距离的传输。
发明内容
本发明主要解决现有技术传输HDMI或DVI接口的连接距离短，现有各种延长传输 方式，传输距离有限，传输质量不好等技术问题，提供一种传输距离超长，传输质量好的技 术解决方案。本发明的上述技术问题主要通过下述技术方案得以解决一种用五根光纤超长距 离延长HDMI或DVI接口连接距离的方法，包括视频源和显示器，视频源和显示器上均设有 HDMI或DVI接口，其特征在于所述的方法是通过发送器将视频源上HDMI或DVI接口中的 原始四路TMDS信号转换成四路光信号，通过四根光纤传输给接收器，并且发送器包含一个 激光探测器，其通过另外一根光纤接收从接收器发回的光信号，并将其转换成低压差分信 号，再通过转换电路将低压差分信号转换成TTL信号输入给微控制器，微控制器翻译出TTL 信号中包含的显示器EDID信息和CEC信号，并通过视频源的HDMI或DVI接口中的SDA、 SCL、CEC、Hot Plug Detect这4个PIN，供视频源读取，发送器中的微控制器，通过Driver Control信号来控制发送器里四路激光发射器发出激光或不发出激光，以便让接收器的激 光探测器电路识别目前发送器接收回传光信号是否成功，接收成功后，微控制器控制四路 激光发射器电路，开始将原始TMDS信号转换为光信号。光纤的传输长度比HDMI或DVI电 缆要长很多，发送器通过五根光纤连接到接收器，接收器接收四路光信号并将其还原成原 始的四路TMDS信号，输出到HDMI或DVI接口传输给显示器，接收器中还包含微控制器，通 过显示器的HDMI接口或DVI接口中的SDA、SCL、CEC、Hot Plug Detect这4个PIN，读取显 示器EDID信息和CEC信号，并将其做串行处理，并通过转换电路，将其转换为光信号，通过 另外一根光纤将转换后的光信号回传到发送器，接收器中的微控制器，还监视接收器里四 路激光探测器电路中Signal Detected信号，从而判断发送器接收从接收器发送的光信号 是否接收成功，如果发送器光信号接收是失败，接收器重新发送EDID信息和CEC信号。发 送EDID信息和CEC信号成功后，微控制器通过显示器HDMI或DVI接口，实时监视CEC信号， 并通过转换电路，将CEC信号转换为光信号，不断回输到发送器。作为优选，所述的发送器将视频源上HDMI或DVI接口的原始四路TMDS信号转换 成四路光信号，通过四根光纤传输给接收器，并且发送器包含一个激光探测器，其通过另外 一根光纤接收从接收器发回的光信号，并将其转换成低压差分信号，再通过转换电路将低 压差分信号转换成TTL信号输入给微控制器，微控制器翻译出TTL信号中包含的显示器 EDID信息和CEC信号，供视频源读取。作为优选，所述的发送器通过五根光纤连接到接收器，接收器接收四路光信号并 将其还原成原始的四路TMDS信号，输出到HDMI或DVI接口，接收器中还包含微控制器，通 过显示器的HDMI接口或DVI接口，读取显示器EDID信息和CEC信号，将读取到的显示器信 息通过转换电路转化成光信号，通过另外一根光纤发送回发送器。
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作为优选，所述的发送器设有电/光转换电路，它可以将视频源的HDMI或DVI接 口输入的四路原始TMDS信号转换为四路光信号，通过四根光纤传输到接收器。作为优选，所述的接收器设有光/电转换电路，它可以将发送器通过四路光纤传 输来的光信号，转换成原始TMDS信号，输出到显示器的HDMI或DVI接口。作为优选，所述的发送器里包含一个激光探测器和转换电路，转换接收器发回的 光信号为低压差分信号，并通过转换电路转换为TTL信号，输入给微控制器。作为优选，所述的发送器里包含的微控制器，其接收激光探测器接收到的信号，并 还原为显示器的EDID信息和CEC信号，通过视频源的HDMI或DVI接口中的SDA、SCL、CEC、 Hot Plug Detect这4个PIN，供视频源读取。作为优选，所述的发送器里包含的微控制器，其控制发送器里四路激光发射器发 出激光或不发出激光，以便让接收器的激光探测器电路识别目前发送器的接收回传光信号 是否成功，接收成功后，微控制器控制四路激光发射器电路，开始将原始TMDS信号转换为
光信号。作为优选，所述的接收器里包含一个微控制器，其通过HDMI或DVI接口中的SDA、 SCL、CEC、Hot Plug Detect这4个PIN，读取显示器的EDID信息和CEC信号并将其做串行 处理，并通过转换电路，将其转换为光信号，通过另外一根光纤回传到发送器。作为优选，所述的接收器里包含的微控制器，监视接收器里四路激光探测器电路 中Signal Detected信号，判断发送器接收光信号的状态，从而判断发送器接收从接收器 发送的光信号是否接收成功，如果发送器光信号接收是失败，接收器重新发送EDID信息和 CEC信号。作为优选，所述的接收器里包含的微控制器，在发送EDID信息和CEC信号成功后， 通过显示器的HDMI或DVI接口，实时监视CEC信号，并通过转换电路，将CEC信号转换为光 信号，不断传输到发送器。本发明有益效果是，通过五根光纤实现了超长距离传输HDMI或DVI接口里的高频 音频/视频信号和控制信号。发明提出了一种通过五根光纤来超长距离延长HDMI或DVI 信号的小型设备。本发明可以通过五根光纤可靠地延长1080P视频传输超过1000英尺，并 支持EDID、HDCP功能。因此，本发明具有如下优点(I)HDMI接口或DVI接口之间全部采用光纤传输，传输距离超长，可靠地延长 1080P视频传输超过1000英尺，并支持EDID、HDCP功能；(2)全部采用光信号传输，传输质量好，传输信号不受外界环境的干扰；(3)视频源通过发送器和接收器，可以在超长距离传输下，顺利读取显示器EDID信 息和CEC信号，解决了其他延长方案不能超长距离回传EDID信息和CEC信号的技术难题；(4)发送器和接收器体积小巧，安装方便；(5)视频源和显示器分别插上发送器和接收器，连接五根光纤后，便能正常工作， 无需人为设置或调试，真正做到即插即用的特点。
附图1是本发明的一种结构示意附图2是本发明的发送器的一种结构示意图；附图3是本发明的发送器中TMDS_0信号转换光信号的电路示意图；附图4是本发明的发送器中TMDS_1信号转换光信号的电路示意图；附图5是本发明的发送器中TMDS_2信号转换光信号的电路示意图；附图6是本发明的发送器中TMDS_CLK信号转换光信号的电路示意图；附图7是本发明的发送器中微控制器的接收回传光信号的电路示意图；附图8是本发明的接收器的一种结构示意图；附图9是本发明的接收器中将光信号还原成TMDS_0信号的电路示意图；附图10是本发明的接收器中将光信号还原成TMDS_1信号的电路示意图；附图11是本发明的接收器中将光信号还原成TMDS_2信号的电路示意图；附图12是本发明的接收器中将光信号还原成TMDS_CLK信号的电路示意图；附图13是本发明的接收器中微控制器的发送回传光信号的电路示意图；附图14是本发明的发送器中微控制器的主程序工作流程图；附图15是本发明的接收器中微控制器的主程序工作流程图；具体实施方法下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例在图1中视频源101上的HDMI接口或DVI接口 102作为视频源的输出接 口。通常情况下，视频源101是一个蓝光DVD播放机、HD DVD播放机、个人电脑、视频游戏 机、数字机顶盒等视频播放设备。视频源101的输出端口 102与本发送器105的HDMI接口或DVI接口 104之间，通 过另外一根短距离的普通HDMI电缆或DVI电缆103相连接，该电缆103也可以使用HDMI 至DVI转换电缆、或DVI至HDMI转换电缆。本发明中发送器105包含激光驱动器、VCSEL激光发射器、微控制器、低压差分信 号到TTL信号转换电路、激光探测器组成。他们用来实现用五根光纤107传输数字视频信 号和接受控制信号。通常情况下，它有一个HDMI接口或DVI接口 104(取决于所针对的应 用)，作为视频信号和控制信号的输入端口，和5个LC光纤接口 106作为转换后光信号的输 出和接收回传光信号的端口。接收器109的5个LC光纤接口 108，通过五根光纤107与发送器105的5个LC光
纤接口 106对应连接。通常情况下，五根光纤为多模光纤。接收器109包含激光探测器，限幅放大器，微控制器，VCSEL激光发射器组成。通常 情况下，它有一个HDMI接口或DVI接口 110 (取决于所针对的显示器113的输入接口 112) 作为视频信号和控制信号的输出端口，和5个LC光纤接口 108作为接收光信号的输出和输 出回传光信号的端口。显示器113的HDMI接口或DVI接口 112和接收器的HDMI接口或DVI接口 110之 间，通过另外一根短距离的普通HDMI电缆或DVI电缆111相连接，该电缆111也可以使用 HDMI至DVI转换电缆、或DVI至HDMI转换电缆。显示器113是用来显示传输的视频/音频的内容。通常情况下，显示器113是一 个高清晰度液晶电视机、等离子电视、DLP电视、电脑液晶显示器或其他显示设备。在图2中，描绘了发送器的主要功能块，此乃图1中发送器105的具体实现。
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HDMI接口或DVI接口 201用来连接HDMI或DVI电缆，如图1中的HDMI电缆或DVI 电缆103。视频源的四路TMDS信号和控制信号就是通过该电缆接收的。HDMI 或DVI 包含四路TMDS(Transition Minimized Differential Signaling,最 小化传输差分信号)高速信号和4个控制信号。接收器从HDMI接口或DVI接口中接受到 的四路TMDS高速信号是TMDS_0，TMDS_1, TMDS_2, TMDS_CLK。与视频源相连接的四路控制 信号是 SCL，SDA, CEC, Hot Plug Detect。202是4颗激光器驱动芯片，203是4颗VCSEL激光发射器，202和203完成四路 TMDS高速电信号转换成四路光信号的实现。4颗激光器驱动IC分别接收TMDS_0，TMDS_1， TMDS_2,TMDS_CLK这四路高速电信号，并将其转换成相应的偏置电流和调制电流，偏置电流 和调制电流驱动VCSEL激光器(TOSA)发出相应的调制光信号。4颗VCSEL激光器安装在发 送器105的LC光纤接口 106中，通过光纤传输到接收器109。通常情况下，激光驱动器芯 片是MAX3996 (或其他类似激光驱动芯片)，为常用件。VCSEL激光器(TOSA)是2. 5Gbps速 率、LC接口、直调式VCSEL激光器，为常用件。206是一颗激光探测器(ROSA)，它安装在发送器105的LC光纤接口 106中，通过一根光纤，接收从接收器回传的光信号，并转换成LVDS(Low Voltage DifferentialSignaling,低电压差分信号)。低压差分信号到TTL信号转换电路205接收激 光探测器(ROSA)输出的LVDS信号，并转换成TTL信号，输入到微控制器204的USART串口 总线的接收端。微控制器20四根据接收到的TTL信号内容，设置I2C总线上的EDID信息、 CEC和Hot Plug Detect的信号状态。通常情况下，激光探测器(ROSA) 206是2. 5Gbps速率、 LC接口、PIN-TIA激光探测器，为常用件。低压差分信号到TTL信号转换电路205是高速、 低功耗比较器MAX998 (或其他类似芯片)，为常用件。微控制器是AVR单片机ATMEGA8L (或 其他类似单片机)，具备I2C总线和USART串口总线，为常用件。图3是发送器105中，TMDSJ)+/-高速差分电信号转换成光信号的电路示意图。此 乃TMDS高速电信号转换成光信号的具体实现。图4是发送器105中，TMDS_1+/"高速差分电信号转换成光信号的电路示意图。此 乃TMDS高速电信号转换成光信号的具体实现。图5是发送器105中，TMDS_2+/-高速差分电信号转换成光信号的电路示意图。此 乃TMDS高速电信号转换成光信号的具体实现。图6是发送器105中，TMDS_CLK+/_高速差分电信号转换成光信号的电路示意图。 此乃TMDS高速电信号转换成光信号的具体实现。图7是发送器105中，微控制器接收从接收器回传光信号的电路示意图；此乃图2 中204,205,206的具体实现。在图8中，描绘了接收器的主要功能块，此乃图1中接收器109的具体实现。HDMI接口或DVI接口 801用来连接HDMI或DVI电缆，如图1中的HDMI电缆或DVI 电缆111。显示器的四路TMDS信号和控制信号就是通过该电缆输出的。接收器从HDMI接口或DVI接口中输出的四路TMDS高速信号是TMDS_0，TMDS_1, TMDS_2，TMDS_CLK。与显示器相连接的四路控制信号是SCL，SDA，CEC，Hot Plug Detect。802是4颗限幅放大器芯片，803是4颗激光探测器(ROSA)，802和803完成四路 光信号到TMDS高速电信号的实现。4颗激光探测器(ROSA)分别接收相应的四路光信号，并将其转换成相应的TMDS_0，TMDS_1, TMDS_2, TMDS_CLK这四路高速电信号，经过限幅放大器 放大信号幅度后通过HDMI接口或DVI接口 801输出给显示器。4颗激光探测器(ROSA)安 装在接收器109的LC光纤接口 108中，通过光纤接收来自发送器105的四路光信号。通常 情况下，限幅放大器芯片是MAX3768 (或其他类似激光驱动芯片)，为常用件。激光探测器 (ROSA)是2. 5Gbps速率、LC接口、PIN-TIA激光探测器，为常用件。接收器中微控制器804，通过HDMI接口或DVI接口 801里I2C总线、CEC和Hot Plug Detect信号，读取显示器EDID信息和CEC状态，并将其做串行化处理，通过微控制器 的USART串口输出到激光器驱动电路805。激光器驱动电路805是MOSFET N、电阻、电容组 成的一个电流开关电路，根据USART串口信号的高低电平，转换成电流信号，驱动VCSEL激 光器806(T0SA)发出相应的调制光信号。通常情况下，微控制器是AVR单片机ATMEGA8L(或 其他类似单片机)，具备I2C总线和USART串口总线，为常用件。激光器驱动电路是MOSFET N芯片，为常用件。VCSEL激光器806 (TOSA)是2. 5Gbps速率、LC接口、直调式VCSEL激光 器，为常用件MAX998 (或其他类似芯片)，为常用件。微控制器是AVR单片机ATMEGAgL (或其他 类似单片机)，具备I2C总线和USART串口总线，为常用件。图9是接收器109中，光信号还原成TMDS_0信号的电路示意图，此乃光信号转换 成TMDS高速电信号的具体实现。图10是接收器109中，光信号还原成TMDS_1信号的电路示意图，此乃光信号转换 成TMDS高速电信号的具体实现。图11是接收器109中，光信号还原成TMDS_2信号的电路示意图，此乃光信号转换 成TMDS高速电信号的具体实现。图12是接收器109中，光信号还原成TMDS_CLK信号的电路示意图，此乃光信号转 换成TMDS高速电信号的具体实现。图13是接收器109中，微控制器发送回传光信号的电路示意图；此乃图8中804、 805、806的具体实现。图14是发送器105中微控制器204的主程序工作流程图。此乃发送器中微控制 器正常工作的具体实现。图15是接收器109中微控制器804的主程序工作流程图。此乃接收器中微控制 器正常工作的具体实现。
权利要求
一种用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的方法，包括视频源和显示器，视频源和显示器上均设有HDMI或DVI接口，其特征在于所述的方法是通过发送器将视频源上HDMI或DVI接口的原始四路TMDS信号转换成四路光信号，通过四根光纤传输给接收器，并且发送器包含一个激光探测器，通过另外一根光纤接收从接收器发回的光信号，将其转换成低压差分信号，再通过转换电路将低压差分信号转换成TTL信号输入给微控制器，微控制器翻译出TTL信号中包含的显示器EDID信息和CEC信号，供视频源读取。
2.根据权利要求1所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的方法， 其特征在于所述的发送器通过五根光纤连接到接收器，接收器接收四路光信号并将其还原 成原始的四路TMDS信号，输出到HDMI或DVI接口，接收器中还包含微控制器，通过显示器 的HDMI接口或DVI接口，读取显示器EDID信息和CEC信号，将读取到的显示器信息通过转 换电路转化成光信号，通过另外一根光纤发送回发送器。
3.根据权利要求1或2所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的 方法，其特征在于所述的发送器设有电/光转换电路，它可以将视频源的HDMI或DVI接口 输入的四路原始TMDS信号转换为四路光信号，通过四根光纤传输到接收器。
4.根据权利要求1或2所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的 方法，其特征在于所述的接收器设有光/电转换电路，它可以将发送器通过四路光纤传输 来的光信号，转换成原始TMDS信号，输出到显示器的HDMI或DVI接口。
5.根据权利要求1或2所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的 方法，其特征在于所述的发送器里包含一个激光探测器和转换电路，转换接收器发回的光 信号为低压差分信号，并通过转换电路转换为TTL信号，输入给微控制器。
6.根据权利要求1、2或5所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离 的方法，其特征在于所述的发送器里包含的微控制器，其接收激光探测器和转换电路输出 的TTL信号，并还原为显示器的EDID信息和CEC信号，通过视频源的HDMI或DVI接口中的 SDA、SCL、CEC、Hot Plug Detect 这 4 个 PIN，供视频源读取。
7.根据权利要求1、2或5所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离 的方法，其特征在于所述的发送器里包含的微控制器，其控制发送器里四路激光发射器发 出激光或不发出激光，以便让接收器的激光探测器电路识别目前发送器的接收回传光信号 是否成功，接收成功后，微控制器控制四路激光发射器电路，开始将原始TMDS信号转换为 光信号。
8.根据权利要求1或2所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的 方法，其特征在于所述的接收器里包含一个微控制器，其通过显示器的HDMI或DVI接口中 的SDA、SCL、CEC、Hot Plug Detect这4个PIN，读取显示器的EDID信息和CEC信号并将其 做串行处理，并通过转换电路，将其转换为光信号，通过另外一根光纤回传到发送器。
9.根据权利要求1、2或8所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离 的方法，其特征在于所述的接收器里包含的微控制器，监视接收器里四路激光探测器电路 中Signal Detected信号，判断发送器接收光信号的状态，从而判断发送器接收从接收器 发送的光信号是否接收成功，如果发送器光信号接收是失败，接收器重新发送EDID信息和 CEC信号。
10.根据权利要求1、2、5、6、7、8或9所述的用五根光纤超长距离延长HDMI或DVI接口连接距离的方法，其特征在于所述的接收器里包含的微控制器，在发送EDID信息和CEC信 号成功后，通过显示器的HDMI或DVI接口，实时监视CEC信号，并通过转换电路，将CEC信 号转换为光信号，不断传输到发送器。
全文摘要
本发明涉及一种大幅度提高HDMI或DVI接口连接距离的方法，尤其是涉及一种用五根光纤延长HDMI或DVI接口连接距离的方法。视频源和显示器上均设有HDMI或DVI接口，其特征在于所述方法是通过发送器将视频源HDMI或DVI接口输出的四路TMDS信号转换成四路光信号，微控制器通过转换电路，接收从接收器发回的光信号，并还原显示器的EDID信息和CEC信号，供视频源读取。发送器通过五根光纤连接到接收器，接收器将四路光信号转换回原始的TMDS信号输出给显示器，内部微控制器读取显示器EDID信息和CEC信号，并转换成光信号发送回发送器。光信号比电信号传输距离要长很多，且不受环境干扰，还解决了视频源超长距离读取显示器EDID和CEC信号的难题，本发明传输距离长，传输质量好，价格低廉。
文档编号H04N5/775GK101931466SQ200910062750
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者钱国涛 申请人:钱国涛